專利名稱：光電轉(zhuǎn)換元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于光電轉(zhuǎn)換元件。更詳細(xì)地說，是關(guān)于能夠長期維持優(yōu)良的轉(zhuǎn)換效率的光電轉(zhuǎn)換元件。
背景技術(shù)：
太陽能電池作為清潔的能源正在極大地被期待，pn結(jié)型太陽能電池等已經(jīng)實用化。另一方面，許多研究人員正在開發(fā)利用光激發(fā)狀態(tài)的化學(xué)反應(yīng)取出電能的光化學(xué)電池，但是如果說到關(guān)于實用化，現(xiàn)狀是還遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上已有實際效果高的pn結(jié)型太陽能電池。
在以往的光化學(xué)電池中，已公開了由敏化劑和電子受體形成的利用氧化還原反應(yīng)的敏化型濕式太陽能電池。例如，有組合硫堇色料和鐵(II)離子的系等。另外，自發(fā)現(xiàn)本多-藤山鳥效果以來，也公開了利用金屬或其氧化物的光電荷分離的光化學(xué)電池。
在此，說明光化學(xué)電池的工作原理。在半導(dǎo)體和金屬接觸的情況下，利用金屬和半導(dǎo)體的功函數(shù)的關(guān)系，能夠形成肖脫基結(jié)，而半導(dǎo)體和溶液接觸時也產(chǎn)生同樣的結(jié)。例如，在溶液中含有Fe2+/Fe3+、Fe(CN)64-/Fe(CN)63-、I-/I2、Br-/Br2、氫醌/醌等氧化還原系時，如果將n型半導(dǎo)體浸入該溶液中，在半導(dǎo)體的表面附近的電子就向溶液中的氧化劑移動而達(dá)到平衡狀態(tài)。其結(jié)果是，在半導(dǎo)體的表面附近帶正電而產(chǎn)生電位梯度。與此相應(yīng)，半導(dǎo)體的傳導(dǎo)帶和價電子帶也產(chǎn)生電位梯度。
在該狀態(tài)，如果在浸漬在氧化還原溶液中的半導(dǎo)體電極的表面照射光，就會吸收保持半導(dǎo)體的禁帶寬度以上的能量的光，在表面附近，在傳導(dǎo)帶生成電子，在價電子帶生成正孔。由于在上述的半導(dǎo)體的表面附近存在的電位梯度，在傳導(dǎo)帶被激發(fā)的電子傳輸?shù)桨雽?dǎo)體內(nèi)部，另一方面，在價電子帶生成的正孔從氧化還原溶液中的還原體奪走電子。
在氧化還原溶液中浸漬金屬電極，如果在金屬電極和半導(dǎo)體電極之間建立回路，被正孔奪走電子的還原體，向溶液中擴(kuò)散，而從金屬電極接受電子，再被還原。反復(fù)進(jìn)行這種循環(huán)，半導(dǎo)體電極作為負(fù)極，金屬電極作為正極而分別工作，就能夠向外部供給電力。因此，光電動勢成為氧化還原溶液的氧化還原能級和半導(dǎo)體中的費(fèi)米能級的差。以上就是光化學(xué)電池的原理。
在這樣的光化學(xué)電池中，為了使光電動勢大，①使用氧化還原能級低的，即氧化作用強(qiáng)的氧化還原溶液；②在氧化還原能級和半導(dǎo)體中的費(fèi)米能級之間制造大的差，即，使用禁帶寬度大的半導(dǎo)體。
但是，如果氧化還原溶液的氧化作用過大，在半導(dǎo)體本身的表面會形成氧化膜，光電流在短時間內(nèi)就停止。另外，關(guān)于禁帶寬度存在的問題是，一般禁帶寬度小于或等于3.0eV，進(jìn)而小于或等于2.0eV的半導(dǎo)體，由于在光電轉(zhuǎn)換時流動的電流，易溶解于溶液。例如，n-Si通過在水中的光照射，在表面形成惰性氧化物覆膜，n-GaAs或n-CdS發(fā)生氧化溶解。
為了解決這些問題，正在嘗試在半導(dǎo)體上被覆保護(hù)膜的辦法，提出了將具有正孔輸送特性的聚吡咯或聚苯胺、聚噻吩等p型導(dǎo)電性高分子用于半導(dǎo)體的保護(hù)膜的辦法。但是在耐久性上有問題，最多也只能穩(wěn)定地使用數(shù)日左右。
另外，為了解決光溶解的問題，考慮利用禁帶寬度大于或等于3eV的半導(dǎo)體，但對于高效率地吸收強(qiáng)度峰在2.5eV附近的太陽光來說，禁帶寬度過大。因此，僅能吸收太陽光中的紫外光部分，而占大部分的可見光區(qū)域沒有完全吸收，光電轉(zhuǎn)換效率變得極低。
因此，為了兼顧可見光區(qū)域的有效利用和禁帶寬度大的半導(dǎo)體的光穩(wěn)定性，公開了在半導(dǎo)體上擔(dān)載吸收比半導(dǎo)體的禁帶寬度小的長波長側(cè)的可見光的敏化色料的色料敏化太陽能電池。與使用以往的半導(dǎo)體的濕式太陽能電池不同之處，是以在色料上照射光來激發(fā)電子，激發(fā)電子從色料向半導(dǎo)體移動的光電荷分離過程作為光電轉(zhuǎn)換過程。
這種色料敏化太陽能電池，往往被認(rèn)為與光合成相關(guān)。最初，作為色料，和光合成同樣考慮葉綠素，但和不斷與新的葉綠素交換的自然葉綠素不同，太陽能電池中使用的葉綠素在穩(wěn)定性方面有問題，另外，作為太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率也不到0.5％。因此，那樣去模擬自然界的光合成過程，構(gòu)成太陽能電池是非常困難的。
這樣，色料敏化太陽能電池，從光合成得到提示，就是要吸收長波長的可見光，但實際上電子的傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)變得復(fù)雜，因此反而光能的損失增大成為問題。固體的太陽能電池，只要使吸收光的層變厚，就能夠提高吸收效率。但是，對于色料敏化太陽能電池，能夠在半導(dǎo)體電極中注入電子的僅是表面上的色料的單分子層，不能謀求使光吸收層變厚而引起的吸收效率的提高。因此，為了沒有浪費(fèi)的光的吸收，在使半導(dǎo)體表面上的色料形成單分子層的同時，希望使單分子層的面積增大。
而且為了高效率地在半導(dǎo)體內(nèi)注入已激發(fā)的色料內(nèi)的電子，最好是色料與半導(dǎo)體表面發(fā)生化學(xué)結(jié)合。例如，對于使用氧化鈦的半導(dǎo)體，為了與半導(dǎo)體表面發(fā)生化學(xué)結(jié)合，重要的是，在色料中有羧基。
關(guān)于這點(diǎn)，進(jìn)行重要改善的是フジヒラ等人的集體。1997年他們在ネィチャ-雜志上報道了，通過若丹明B的羧基與SnO2表面的羥基形成酯鍵，光電流是以往的吸附法的10倍或者10倍以上。這是因為與以往的酰胺鍵相比，對于酯鍵，在色料內(nèi)吸收了光能的電子存在的π軌道接近半導(dǎo)體的表面。
但是，即使在半導(dǎo)體中能夠有效地注入電子，存在處于傳導(dǎo)帶內(nèi)的電子與色料的基底能級再結(jié)合的可能性，或與氧化還原物質(zhì)再結(jié)合的可能性等。由于有這樣的問題，關(guān)于電子注入，盡管有上述的改善，但光電轉(zhuǎn)換效率照樣低。
如以上所述，以往的色料敏化太陽能電池的大的問題是，只有在半導(dǎo)體表面以單層擔(dān)載的敏化色料能夠向半導(dǎo)體注入電子。即，存在的問題是，迄今為止在半導(dǎo)體電極中經(jīng)常使用的單晶或多晶半導(dǎo)體，表面平滑，在內(nèi)部不具有細(xì)孔，擔(dān)載敏化色料的有效面積等于電極面積，敏化色料的擔(dān)載量少。
因此，在使用這樣的電極的情況下，在該電極上擔(dān)載的單分子層的敏化色料，即使最大吸收波長，也只能吸收小于或等于入射光的1％，光的利用效率變得極差。為了提高光捕集力，也提出了將敏化色料制成多層的嘗試，但一般得不到充分的效果。
在這樣的狀況中，作為解決這樣的問題的手段，如在特開平01-220380號公報中所記載，Graetzel等人提出了，使氧化鈦電極多孔化并使其擔(dān)載敏化色料，來顯著地增大內(nèi)部面積的方法。在該方法中，采用溶膠·凝膠法制成該氧化鈦多孔膜。該膜的孔隙率是約50％程度，形成具有非常高的內(nèi)部表面積的納米多孔性結(jié)構(gòu)。例如，對于8μm的膜厚，粗糙度系數(shù)(多孔內(nèi)部的實際面積對基片面積的比例)達(dá)到約720。如果幾何學(xué)地計算該表面，敏化色料的擔(dān)載量達(dá)到1.2×10-7mol/cm2，實際上以最大吸收波長入射光的約98％會被吸收。
被稱做該Graetzel電池的新的色料敏化太陽能電池，主要特征是，由上述氧化鈦的多孔化引起的敏化色料的擔(dān)載量飛躍地增大，和開發(fā)了效率良好地吸收太陽光、而且向半導(dǎo)體的電子注入速度顯著迅速的敏化色料。
作為用于色料敏化太陽能電池的敏化色料，Graetzel等開發(fā)了雙(聯(lián)吡啶)Ru(II)絡(luò)合物。該Ru絡(luò)合物具有通式順-X2雙(2，2′-聯(lián)吡啶-4，4′-二羧酸鹽)Ru(II)的結(jié)構(gòu)。X是Cl-、CN-、SCN-。關(guān)于這些，對熒光、可見光吸收、電化學(xué)的和光氧化還原的舉動進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。其中，順-(二異氰酸鹽)-雙(2，2′-聯(lián)吡啶-4，4′-二羧酸鹽)Ru(II)，作為太陽光吸收劑和色料敏化劑已顯示具有特別優(yōu)良的性能。
該色料敏化劑的可見光吸收，是由于電荷從金屬向配位基移動遷移。另外，配位基的羧基直接配位在表面的Ti離子上，在色料敏化劑和氧化鈦之間形成密切的電子接觸。由于這種電子的接觸，從色料敏化劑向氧化鈦的傳導(dǎo)帶的電子注入以1皮秒以下的極快的速度發(fā)生，向由其相反方向的已氧化的色料敏化劑產(chǎn)生的氧化鈦傳導(dǎo)帶注入的電子的再捕獲以微秒級發(fā)生。該速度差就是產(chǎn)生光激發(fā)電子的方向性、以極高的效率進(jìn)行電荷分離的理由。而且，這與利用pn結(jié)面的電位梯度進(jìn)行電荷分離的pn型太陽能電池是不同的，是Graetzel電池的本質(zhì)特征。
接著，說明Graetzel電池的構(gòu)成。Graetzel電池，是在2片涂布了攙入氟的氧化錫的透明導(dǎo)電膜的導(dǎo)電性玻璃基片之間，封入了包含氧化還原對的電解質(zhì)溶液的蜂窩結(jié)構(gòu)型電池。玻璃基片的一個，在透明導(dǎo)電膜上層積由氧化鈦超微粒子構(gòu)成的多孔膜，再使敏化色料吸附而作為作用電極。而另一個，是在透明導(dǎo)電膜上涂布少量的鉑作為對電極。在2片玻璃基片之間插入隔膜，利用毛細(xì)管現(xiàn)象在其間的極小的間隙中注入電解質(zhì)溶液。電解質(zhì)溶液是使用碳酸亞乙酯和乙腈的混合溶劑，以碘化四正丙基銨和碘作為溶質(zhì)，包含I-/I3-的氧化還原對。涂布在對電極上的鉑，具有使該氧化還原對的I3-陰極還原I-的催化作用。
Graetzel電池的工作原理，與使用以往的半導(dǎo)體的濕式太陽能電池基本上沒有變化。但是，不論在像Graetzel電池那樣的多孔電極的哪個部分中，光電荷分離應(yīng)答可以均勻而且有效地進(jìn)行，主要是因為電解質(zhì)層是液體。即，這是由于只要在溶液中浸漬色料擔(dān)載多孔電極，溶液就會均勻地向多孔質(zhì)內(nèi)擴(kuò)散，能夠形成理想的電化學(xué)界面。
但是，該電解質(zhì)層為液體層，從太陽能電池的穩(wěn)定性這一觀點(diǎn)出發(fā)，并非理想，已經(jīng)知道，實際上在許多情況下，即使制成電池，但電解質(zhì)溶液的漏液在其他的電池構(gòu)成要素的劣化前先發(fā)生，太陽能電池的性能已降低。因此，為了Graetzel電池的實用化，關(guān)于構(gòu)成Graetzel電池的各構(gòu)成要素，必須加以詳細(xì)的研究，為此舉出電解質(zhì)的一例。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種光電轉(zhuǎn)換元件，該光電轉(zhuǎn)換元件是包括具備已擔(dān)載敏化色料的半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體電極、與上述半導(dǎo)體電極對峙的對電極、配置在上述半導(dǎo)體電極和上述對電極之間的電解質(zhì)層的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，上述電解質(zhì)層含有在分子內(nèi)含具有非共有電子對的氮原子的化合物和0.06～6mol/dm3濃度的碘(I3-)。
本發(fā)明提供另一種光電轉(zhuǎn)換元件，該光電轉(zhuǎn)換元件是包括具備已擔(dān)載敏化色料的半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體電極、與上述半導(dǎo)體電極對峙的對電極、配置在上述半導(dǎo)體電極和上述對電極之間的電解質(zhì)層的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，上述電解質(zhì)層含有高分子化合物作為基質(zhì)，而且含有在分子內(nèi)含具有非共有電子對的氮原子的化合物。


圖1是表不本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換元件一例的簡要剖面圖。
具體實施例方式
為了提供能夠連續(xù)長期維持優(yōu)良的轉(zhuǎn)換效率的光電轉(zhuǎn)換元件，本發(fā)明人進(jìn)行銳意研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在電解質(zhì)層中存在分子內(nèi)含有具有非共有電子對的氮原子的化合物是有效的。可以推測，通過在電解質(zhì)層中存在上述化合物，在不吸附色料的半導(dǎo)體表面上吸附上述化合物，由此抑制在半導(dǎo)體層表面產(chǎn)生的逆電子反應(yīng)，從而能夠帶來轉(zhuǎn)換效率的穩(wěn)定化效果。或者，可以推測，由于在電解質(zhì)層中存在上述化合物，產(chǎn)生提高半導(dǎo)體層的費(fèi)米能級的效果或抑制電解質(zhì)層的pH變動的效果等，從而有助于轉(zhuǎn)換效率的穩(wěn)定化。
作為在分子內(nèi)含有具有上述非共有電子對的氮原子的化合物的濃度，在電解質(zhì)層中優(yōu)選是5～10-4mol/dm3～2mol/dm3。通過使上述化合物的濃度達(dá)到大于或等于5～10-4mol/dm3，所得到的效果明顯，另外，通過將濃度抑制至小于或等于2mol/dm3，來抑制上述化合物在電池內(nèi)部的析出，能夠防止轉(zhuǎn)換效率降低。
在本發(fā)明中，作為在分子內(nèi)含有具有上述非共有電子對的氮原子的化合物，例如優(yōu)先使用以下述化學(xué)式1表示的化合物，式中，R1和R2分別是從烷基、烷氧基、鏈烯基、炔基、烷氧基烷基、聚醚基和苯基組成的組中選擇的任一種取代基(但是，任一個取代基碳原子數(shù)都是1～20的范圍，可以是直鏈狀，也可以是支鏈狀，氫的部分或者全部也可以用其他的元素取代)或者氫，可以相互不同。
化學(xué)式1 作為以化學(xué)式1表示的化合物，例如可舉出N-甲基苯并咪唑、1-甲基-2-苯基-苯并咪唑、1，2-二甲基-苯并咪唑等。
另外，關(guān)于碘的濃度，已發(fā)現(xiàn)在電解質(zhì)層中的I3-的濃度有隨時間而降低的傾向。推測這是因為與在半導(dǎo)體層內(nèi)產(chǎn)生的孔洞引起的I3-的生成反應(yīng)相比，由電子引起的I3-的消耗反應(yīng)是活性的。如果I3-濃度過低，電解質(zhì)層中的氧化還原的擴(kuò)散就變快，而使轉(zhuǎn)換效率降低，因此對于要求更高轉(zhuǎn)換效率的用途來說，需要預(yù)先將I3-濃度提高至一定程度以上。電解質(zhì)中的I3-濃度由裝入時的碘(I2)濃度決定，通過預(yù)先將裝入時的I2濃度設(shè)定得高，能夠提高I3-濃度，能夠防止伴隨I3-濃度的降低的轉(zhuǎn)換效率的降低。從轉(zhuǎn)換效率的穩(wěn)定性的觀點(diǎn)出發(fā)，作為電解質(zhì)層中的碘濃度需要是0.06mol/dm3～6mol/dm3。在裝入時的I2濃度不到0.06mol/dm3時，由于產(chǎn)生伴隨I3-濃度降低的影響，因此與比其高的濃度時相比，轉(zhuǎn)換效率變低。另一方面，如果過于提高裝入時的I2濃度，不僅電解質(zhì)層中的光吸收成為使轉(zhuǎn)換效率降低的主要原因，而且很難得到轉(zhuǎn)換效率的穩(wěn)定化效果，因此作為裝入時的I2濃度，優(yōu)選是小于或等于6mol/dm3。
但是，對于不要求那樣高的轉(zhuǎn)換效率的用途來說，也可以使用上述碘濃度的范圍以外的電解質(zhì)。例如，在電解質(zhì)層具有為了保持氧化還原的高分子化合物的基質(zhì)的情況下，由于電解質(zhì)成為凝膠狀或者固體狀，電解質(zhì)溶液的漏液問題減低，擴(kuò)大了元件的用途，所以可以不限制碘濃度。
I3-在360nm保持極大吸收，因而利用此可以按照分光光度法進(jìn)行電解質(zhì)中的I3-的定量。
另外，作為構(gòu)成電解質(zhì)層的溶劑，水性溶劑和有機(jī)溶劑都可以使用，但為了使半導(dǎo)體層表面的色料和氧化還原系構(gòu)成物質(zhì)保持在更穩(wěn)定的狀態(tài)，最好使用有機(jī)溶劑。例如可舉出碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯等碳酸酯化合物，乙酸甲酯、丙酸甲酯、γ-丁內(nèi)酯等酯化合物，二乙醚、1，2-二甲氧基乙烷、1，3-二硅氧烷、四氫呋喃、2-甲基-四氫呋喃等醚化合物，3-甲基-2-噁唑啉酮、2-甲基吡咯烷酮、1，3-二甲基-2-咪唑啉酮等雜環(huán)化合物，乙腈、甲氧基乙腈、丙腈等腈化合物，環(huán)丁砜，N，N，N′，N′-四甲基脲，雙二甲基亞砜，二甲基甲酰胺，甲酰胺，N-甲基甲酰胺，N-甲基乙酰胺，N-甲基丙酰胺等。這些物質(zhì)既可以各自單獨(dú)使用，又可以混合2種或2種以上使用。
尤其，作為在電解質(zhì)層中使用的溶劑，最好是以沸點(diǎn)大于或等于100℃的腈系溶劑構(gòu)成電解質(zhì)層。在使用沸點(diǎn)不到100℃的溶劑的情況下，在高溫環(huán)境下保存光電轉(zhuǎn)換元件時，容易發(fā)生伴隨內(nèi)壓上升的密封破壞，產(chǎn)生由此而引起的轉(zhuǎn)換效率的顯著降低。與此相反，在以沸點(diǎn)大于或等于100℃的溶劑構(gòu)成電解質(zhì)層的情況下，不易發(fā)生密封破壞，能夠提供長期穩(wěn)定性優(yōu)良的光電轉(zhuǎn)換元件。而且，腈系溶劑還具有粘度低、能夠構(gòu)建離子傳導(dǎo)性優(yōu)良的電解質(zhì)層的特征。
作為沸點(diǎn)大于或等于100℃的腈系溶劑，可舉出3-甲氧基丙腈、琥珀腈、丁腈、異丁腈、戊腈、苯并腈、α-芐腈等。特別3-甲基丙腈能夠提供具有高的轉(zhuǎn)換效率、而且長期穩(wěn)定性優(yōu)良的光電轉(zhuǎn)換元件。
另外，作為構(gòu)成電解質(zhì)層的溶劑，最好也能夠使用室溫熔融鹽等。作為室溫熔融鹽，可舉出特表平9-507334號公報中記載的咪唑鎓鹽等。尤其，1-甲基-3-丙基碘化咪唑鎓由于粘度低，是為了得到高的轉(zhuǎn)換效率優(yōu)選的溶劑。所謂室溫是指15℃～25℃左右。
另外，作為構(gòu)成電解質(zhì)層的溶劑，也可以使用混合室溫熔融鹽和有機(jī)溶劑的化合物。
下面，根據(jù)附圖來說明本發(fā)明的實施方式。
圖1是表示本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換元件一例的簡要剖面圖。如圖所示，本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換元件1具有以下構(gòu)成的半導(dǎo)體電極15。即，半導(dǎo)體電極15由在基片3的表面形成的透明電極5、在與透明電極5的基片3相反側(cè)表面形成的半導(dǎo)體層7構(gòu)成。在此，半導(dǎo)體層7由在表面擔(dān)載敏化色料19的半導(dǎo)體薄膜17構(gòu)成。
與上述半導(dǎo)體電極15的半導(dǎo)體層7對峙而存在對電極9。對電極9在另一個基片11的表面形成。在半導(dǎo)體層7和對電極9之間存在電解質(zhì)層13。
本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換元件，由于構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換元件1的半導(dǎo)體層7是多孔半導(dǎo)體薄膜17，因而半導(dǎo)體層7的粗糙度系數(shù)大，能夠多地?fù)?dān)載敏化色料19。
基片3和11可以使用玻璃或者塑料。塑料是撓性的，因而適用于需要柔軟性的用途。基片3由于作為光入射側(cè)基片發(fā)揮機(jī)能，因此最好是透明的。另一方面，基片11可以是透明的，也可以是不透明的，但由于可以使光從兩側(cè)的基片入射，所以優(yōu)選是透明的。
已擔(dān)載敏化色料的半導(dǎo)體層7的膜厚，優(yōu)選0.1μm～100μm的范圍。在半導(dǎo)體層7的膜厚不到0.1μm時，可能得不到充分的光電轉(zhuǎn)換效率。另一方面，在膜厚超過100μm時，產(chǎn)生對可見光和近紅外光的透光性顯著地惡化等不良情況，因此是不理想的。半導(dǎo)體層7的膜厚的優(yōu)選范圍是1μm～50μm，特別優(yōu)選的范圍是5μm～30μm，最優(yōu)選的范圍是10μm～20μm。
在半導(dǎo)體薄膜17由半導(dǎo)體粒子構(gòu)成的情況下，半導(dǎo)體粒子的粒徑，一般說來，優(yōu)選是5nm～1μm的范圍內(nèi)。因為在半導(dǎo)體粒子的粒徑不到5nm時，半導(dǎo)體層7的孔洞徑變得小于5nm，電解質(zhì)溶液中的氧化還原物質(zhì)的移動變得困難，所得到的光電流容易降低。另外，如果半導(dǎo)體粒子的粒徑超過1μm，由于半導(dǎo)體層7的表面積不足夠大，因此敏化色料的擔(dān)載量減少，產(chǎn)生得不到充分的光電流的情形。半導(dǎo)體粒子的粒徑的特別優(yōu)選的范圍是10nm～100nm。
作為半導(dǎo)體材料，優(yōu)先選擇Cd、Zn、In、Pb、Mo、W、Sb、Bi、Cu、Hg、Ti、Ag、Mn、Fe、V、Sn、Zr、Sr、Ga、Si、Cr的氧化物，像SrTiO3、CaTiO3那樣的鈣鈦礦，或者CdS、ZnS、Irn2S3、PbS、Mo2S、WS2、Sb2S3、Bi2S3、ZnCdS2、Cu2S的硫化物，CdSe、In2Se3、WSe2、HgSe、PbSe、CdTe的金屬氧族元素化合物，除此之外的GaAs、Si、Se、Cd3P2、Zn3P2、InP、AgBr、PbI2、HgI2、BiI3。另外，含有選自上述半導(dǎo)體材料中的至少一種以上的復(fù)合體，例如CdS/TiO2、CdS/AgI、Ag2S/AgI、CdS/ZnO、CdS/HgS、CdS/PbS、ZnO/ZnS、ZnO/ZnSe、CdS/HgS、CdSx/CdSe1-x、CdSx/Te1-x、ZnS/CdSe、ZnSe/CdSe、CdS/ZnS、TiO2/Cd3P2、CdS/CdSeCdyZn1-yS、CdS/HgS/CdS也是優(yōu)先選擇的。
例如使用公知慣用的方法(例如，使用刮刀或繞線棒涂布器的涂布方法、或噴涂法、浸涂法、絲網(wǎng)印刷涂布法、旋轉(zhuǎn)涂布法)在具有透明電極5的基片3的表面涂布由導(dǎo)電性微粒子構(gòu)成的漿液，然后，在400℃～600℃范圍內(nèi)的溫度進(jìn)行加熱燒結(jié)，就能夠制備如圖1所示的平面狀半導(dǎo)體層。另外，關(guān)于膜厚，通過反復(fù)進(jìn)行上述涂布和加熱·燒結(jié)，能夠形成所要求的膜厚。
另外，通過控制多孔半導(dǎo)體層的膜厚，可以決定粗糙度系數(shù)(多孔內(nèi)部的實際面積對基片面積的比例)。粗糙度系數(shù)優(yōu)選是大于或等于20，更優(yōu)選是大于或等于150。在粗糙度系數(shù)不到20時，敏化色料的擔(dān)載量不充分，光電轉(zhuǎn)換特性的改善變得困難。粗糙度系數(shù)的上限值一般是5000左右。半導(dǎo)體層的膜厚如果加厚，粗糙度系數(shù)就變大，半導(dǎo)體層的表面積擴(kuò)大，就能夠期待敏化色料擔(dān)載量的增加。但是，如果使膜厚過于變厚，就開始出現(xiàn)半導(dǎo)體層的光透過率和電阻損失的影響。另外，如果提高膜的孔隙率，即使不加厚膜厚，也能夠使粗糙度系數(shù)變大。但是，如果孔隙率過于提高，導(dǎo)電性粒子間的接觸面積會減少，不得不考慮電阻損失的影響。由此可知，膜的孔隙率優(yōu)選是大于或等于50％，其上限值一般是約80％左右。在液態(tài)氮溫度下從氮?dú)饣蛘唠礆獾奈?脫離等溫曲線的測定結(jié)果可以計算出膜的孔隙率。
本發(fā)明的半導(dǎo)體層7通過擔(dān)載敏化色料，能夠得到光電轉(zhuǎn)換效率高的光電轉(zhuǎn)換元件。為了在本發(fā)明的半導(dǎo)體層7上擔(dān)載而使用的敏化色料，只要是現(xiàn)有的色料敏化性光電轉(zhuǎn)換元件中常用的色料，就完全可以使用。作為這樣的色料，例如可舉出RuL2(H2O)2型的釕-順式-二水合聯(lián)吡啶絡(luò)合物，或者釕-三(RuL3)、釕-雙(RuL2)、鋨-三(OsL3)、鋨-雙(OsL2)等類型的過渡金屬絡(luò)合物(以上，L表示4，4′-二羧基-2，2′-聯(lián)吡啶)，或者鋅-四(4-羧苯基)卟啉，鐵-六氰化物絡(luò)合物，酞菁等。作為有機(jī)色料，可舉出9-苯基呫噸系色料、香豆素系色料、吖啶系色料、三苯基甲烷系色料、四苯基甲烷系色料、醌系色料、偶氮系色料、靛藍(lán)系色料、花青系色料、部花青系色料、呫噸系色料等。其中尤其優(yōu)選釕-雙(RuL2)衍生物。
敏化色料19向半導(dǎo)體層7的擔(dān)載量，只要是1×10-8mol/cm2～1×10-6mol/cm2的范圍就可以，尤其優(yōu)選是0.1×10-7mol/cm2～9.0×10-7mol/cm2。在敏化色料19的擔(dān)載量不到1×10-8mol/cm2時，光電轉(zhuǎn)換效率提高效果不充分。另一方面，在敏化色料的擔(dān)載量超過1×10-6mol/cm2時，光電轉(zhuǎn)換效率提高效果已達(dá)到飽和，只是變得不經(jīng)濟(jì)。
敏化色料向半導(dǎo)體層7的擔(dān)載方法，例如可舉出在溶解了敏化色料的溶液中浸漬粘附了半導(dǎo)體層7的基片3的方法。作為該溶液的溶劑，只要是水、醇、甲苯、二甲基甲酰胺等能夠溶解敏化色料的溶劑，就完全可以使用。另外，作為浸漬方法，在敏化色料溶液中將粘附半導(dǎo)體層7的帶電極基片浸漬一定的時間時，或進(jìn)行加熱回流，或外加超聲波是有效的。
對電極9作為光電轉(zhuǎn)換元件1的正極發(fā)揮機(jī)能，與粘附上述的半導(dǎo)體層7的側(cè)的電極5是相同意義。作為本發(fā)明中的光電轉(zhuǎn)換元件1的對電極9的材料，為了效率良好地發(fā)揮作為光電轉(zhuǎn)換元件1的正極的作用，優(yōu)選具有對電解質(zhì)的還原體提供電子的催化作用的鉑或石墨等。另外，在對電極9和基片11之間也可以設(shè)置由和對電極9不同的材料構(gòu)成的、有導(dǎo)電性的膜。
在已擔(dān)載敏化色料19的半導(dǎo)體層7和對電極9之間存在電解質(zhì)層13。作為電解質(zhì)，只要是在溶劑中含有由氧化體和還原體構(gòu)成的一對氧化還原系構(gòu)成物質(zhì)，其種類就沒有特別的限制，還原體和還原體優(yōu)選具有同一電荷的氧化還原系構(gòu)成物質(zhì)。所謂本發(fā)明的中的氧化還原系構(gòu)成物質(zhì)，意味著在氧化還原反應(yīng)中不可逆地以氧化體和還原體的形式存在的一對物質(zhì)。
作為能夠在本發(fā)明中使用的氧化還原系構(gòu)成物質(zhì)，例如可舉出氯化合物-氯、碘化合物-碘、溴化合物-溴、鉈離子(III)-鉈離子(I)、水銀離子(II)-水銀離子(I)、釕離子(III)-釕離子(II)、銅離子(II)-銅離子(I)、鐵離子(III)-鐵離子(II)、釩離子(III)-釩離子(II)、錳酸離子-過錳酸離子、鐵氰化物-亞鐵氰化物、醌-氫醌、富馬酸-琥珀酸等。不用說，也可以使用其他的氧化還原系構(gòu)成物質(zhì)。尤其優(yōu)選碘化合物-碘，作為碘化合物，特別優(yōu)選碘化鋰、碘化鉀等金屬碘化物，碘化四烷基銨、碘化吡啶鎓等碘化季銨鹽化合物，碘化二甲基丙基咪唑鎓等碘化二咪唑鎓化合物。
再者，電解液中含有的色料濃度，雖然因半導(dǎo)體、色料、電解液溶劑的種類和組合不同而異，但優(yōu)選是1×10-9mol/dm3～1×10-2mol/dm3。在電解液中的色料濃度不到1×10-9mol/dm3時，在半導(dǎo)體表面吸附的色料發(fā)生脫離現(xiàn)象，而變得容易產(chǎn)生特性的劣化。另外，在超過1×10-2mol/dm3時，在電解液中吸收光而不利于光電轉(zhuǎn)換的色料的量變多，而引起特性劣化。
另外，在本發(fā)明中，作為電解質(zhì)層中的基質(zhì)使用的高分子化合物，可以使用聚偏氟乙烯等偏氟乙烯系聚合物、聚丙烯酸等丙烯酸系聚合物、聚丙烯腈等丙烯腈系聚合物和聚環(huán)氧乙烷等聚醚系聚合物等各種化合物，但優(yōu)選使用偏氟乙烯系聚合物。作為偏氟乙烯系聚合物，可以例示出偏氟乙烯的均聚物，或者偏氟乙烯和其他的聚合性單體，特別是自由基聚合性單體的共聚物。作為與偏氟乙烯進(jìn)行共聚的其他聚合性單體(以下，稱做共聚性單體)，具體的可例示出六氟丙烯、四氟乙烯、三氟乙烯、乙烯、丙烯、丙烯腈、偏氯乙烯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯等。
這些共聚性單體，相對單體總量，可以在1mol％～50mol％，優(yōu)選在1mol％～25mol％的范圍使用。作為共聚性單體，適合使用六氟丙烯。在本發(fā)明中，特別優(yōu)選使用在偏氟乙烯中使1mol％～25mol％的六氟丙烯發(fā)生共聚形成的偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物。另外，也可以將共聚比不同的2種或2種以上偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物混合使用。
進(jìn)而，使用2種或2種以上共聚性單體，也能夠與偏氟乙烯進(jìn)行共聚。例如，可以使用偏氟乙烯+六氟丙烯+四氟乙烯、偏氟乙烯+四氟乙烯+乙烯、偏氟乙烯+四氟乙烯+丙烯等的組合進(jìn)行共聚而得到的共聚物。
另外，混合數(shù)個高分子化合物而使用，也可以構(gòu)成基質(zhì)。在混合偏氟乙烯和其他高分子化合物的場合，相對100重量份數(shù)偏氟乙烯系聚合物，通?？梢曰旌闲∮诨虻扔?00重量份數(shù)的偏氟乙烯聚合物以外的化合物。
在本發(fā)明中使用的偏氟乙烯系聚合物的數(shù)均分子量，通常是10,000～2,000,000，可以優(yōu)選使用100,000～1,000,000范圍的偏氟乙烯。
以下，根據(jù)實施例，具體地證實通過在電解質(zhì)層中含有在分子內(nèi)包含保持非共有電子對的氮原子的化合物，謀求防止初期劣化的本發(fā)明光電轉(zhuǎn)換元件的構(gòu)成和效果。但是，本發(fā)明并不僅限于這些實施例。
實施例1在乙基纖維素中分散平均1次粒徑為20nm的高純度氧化鈦粉末，制成絲網(wǎng)印刷用的漿料。以此作為第一漿料。接著，在乙基纖維素中分散平均1次粒徑為20nm和平均一次粒徑為400nm的高純度氧化鈦粉末，制成絲網(wǎng)印刷用的漿料。以此作為第二漿料。
首先，在厚1mm的旭硝子公司制的導(dǎo)電性玻璃基片“F-SnO2”(商品名，10Ω/squ.)上涂布第一絲網(wǎng)印刷用的漿料，進(jìn)行干燥，所得到的干燥物在500℃、于空氣中進(jìn)行30分鐘燒成，在基片上形成厚10μm的多孔氧化鈦膜。接著，在已形成的多孔氧化鈦膜上涂布第二漿料，進(jìn)行干燥，所得到的干燥物在500℃、于空氣中進(jìn)行30分鐘燒成，在10μm的多孔氧化鈦膜上再形成4μm的氧化鈦膜。接著，與設(shè)置多孔氧化鈦膜的基片一起浸漬在以[Ru(4，4′-二羧基-2，2′-聯(lián)吡啶)2-(NCS)2]表示的敏化色料溶液中，在室溫(20℃)下放置一夜。
作為上述色料溶液，使用在乙腈和叔丁醇的容積比50∶50的混合溶液中含有3×10-4mol/dm3濃度的上述敏化色料的溶液。色料的擔(dān)載，采用設(shè)置TiO2膜的電極在色料溶液中，于室溫(20℃)浸漬24小時的方法。對于對電極來說，使用在已濺射厚20nm的Pt的上述導(dǎo)電性玻璃基片“F-SnO2”上以5～10mm3/cm2的比例涂布5mmol/dm3的H2PtCl6溶液(溶劑∶異丙醇)，在450℃熱處理15分鐘的對電極。對于設(shè)置了已擔(dān)載色料的TiO2膜的電極和對電極的疊合，使用デュポン公司制的厚35μm的熱熔融薄片“bynel”(商品名)。加熱條件，設(shè)定在150℃下30秒。電解液的注入，從設(shè)置在對電極上的直徑1mm的注入口，通過減壓注入方式進(jìn)行，通過使用上述“bynel”固定500μm厚的玻璃蓋片進(jìn)行注入口的密封。另外，在電池的周圍涂布ァネルバ公司制的環(huán)氧系粘合劑“ト-ルシ-ル”(商品名)，以謀求密封強(qiáng)度的提高。
作為電解液，使用在99重量％的1-甲基-3-丙基碘化咪唑鎓和1重量％的水構(gòu)成的混合溶劑中溶解0.5mol/dm3的碘、0.45mol/dm3的N-甲基苯并咪唑的電解液。
實施例2作為電解液，使用在3-甲氧基丙腈中溶解0.6mol/dm3的二甲基碘化咪唑鎓、0.1mol/dm3的碘、0.5mol/dm3的N-甲基苯并咪唑的電解液。除了使用由這樣的組成構(gòu)成的電解質(zhì)層以外，和上述實施例1同樣地制成光電轉(zhuǎn)換元件。
實施例3作為電解液，使用在99重量％的1-甲基-3-丙基碘化咪唑鎓和1重量％的水構(gòu)成的混合溶劑中溶解5×10-5mol/dm3的N-甲基苯并咪唑、0.5mol/dm3的碘的電解液。除了使用由這樣的組成構(gòu)成的電解質(zhì)層以外，和上述實施例1同樣地制成光電轉(zhuǎn)換元件。
實施例4作為電解液，使用在聚乙二醇(數(shù)均分子量MW200)中溶解0.6mol/dm3的二甲基丙基碘化咪唑鎓、5×10-5mol/dm3的N-甲基苯并咪唑、0.1mol/dm3的碘的電解液。除了使用由這樣的組成構(gòu)成的電解質(zhì)層以外，和上述實施例1同樣地制成光電轉(zhuǎn)換元件。
實施例5作為電解質(zhì)層，使用在3-甲氧基丙腈中溶解0.6mol/dm3的1，2-二甲基-3-丙基碘化咪唑鎓、0.1mol/dm3的碘、0.5mol/dm3的N-甲基苯并咪唑的溶液中添加了5重量％的ァトフィナ·ジャパン公司制的聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)“KYNAR2801”(商品名)的電解質(zhì)層。除了使用由這樣的組成構(gòu)成的電解質(zhì)層以外，和上述實施例1同樣地制成光電轉(zhuǎn)換元件。
對比例1作為電解液，使用在99重量％的1-甲基-3-丙基碘酸咪唑鎓和1重量％的水構(gòu)成的混合溶劑中溶解0.5mol/dm3的碘的電解液。除了使用由這樣的組成構(gòu)成的電解質(zhì)層以外，和上述實施例1同樣地制成光電轉(zhuǎn)換元件。
對比例2作為電解液，使用在99重量％的1-甲基-3-丙基碘酸咪唑鎓和1重量％的水構(gòu)成的混合溶劑中溶解0.45mol/dm3的N-甲基苯并咪唑、0.05mol/dm3的碘的電解液。除了使用由這樣的組成構(gòu)成的電解質(zhì)層以外，和上述實施例1同樣地制成光電轉(zhuǎn)換元件。
對比例3作為電解液，使用在99重量％的1-甲基-3-丙基碘酸咪唑鎓和1重量％的水構(gòu)成的混合溶劑中溶解0.45mol/dm3的N-甲基苯并咪唑、6.5mol/dm3的碘的電解液。除了使用由這樣的組成構(gòu)成的電解質(zhì)層以外，和上述實施例1同樣地制成光電轉(zhuǎn)換元件。
對比例4作為電解液，使用在3-甲氧基丙腈中溶解0.6mol/dm3的二甲基丙基碘酸咪唑鎓、0.1mol/dm3的碘的電解液。除了使用由這樣的組成構(gòu)成的電解質(zhì)層以外，和上述實施例1同樣地制成光電轉(zhuǎn)換元件。
接著，關(guān)于實施例1～5和對比例1～4的光電轉(zhuǎn)換元件，在100mW/cm2強(qiáng)度的模擬太陽光下求出初期的轉(zhuǎn)換效率。以轉(zhuǎn)換效率大于或等于5％者作為“○”，以低于或等于5％者作為“×”，其結(jié)果示于表1。另外，求出在80℃保存1000小時后的轉(zhuǎn)換效率，將其與保存前的轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行比較，以降低率不到10％者作為“A”，以降低率為10～50％者作為“B”，以降低率超過50％者作為“C”，其結(jié)果示于表1。保存后的轉(zhuǎn)換效率的測定也在100mW/cm2強(qiáng)度的模擬太陽光下進(jìn)行。
另外，在表1中，在分子內(nèi)包含添加的具有非共有電子對的氮原子的化合物作為化合物A表示。
表1

如表1所示，在電解質(zhì)層中含有在分子內(nèi)包含具有非共有電子對的氮原子的化合物和0.06mol/dm3～6mol/dm3濃度的碘的實施例1～5與碘濃度超過6mol/dm3的對比例3的比較，可以證實實施例1～5比對比例3初期的轉(zhuǎn)換效率變高。
另外，在電解質(zhì)層中含有在分子內(nèi)包含具有非共有電子對的氮原子的化合物的實施例1～5與不含有在分子內(nèi)包含具有非共有電子對的氮原子的化合物的對比例1和4的比較，實施例1～5比對比例1、4的轉(zhuǎn)換效率的降低率變小，能夠連續(xù)長期維持轉(zhuǎn)換效率。
另外，含有在分子內(nèi)包含5×10-4mol/dm3～2mol/dm3的具有非共有電子對的氮原子的化合物的實施例1比含量少于此的實施例3能夠經(jīng)過長時間還維持轉(zhuǎn)換效率。
此外，作為溶劑使用1-甲基-3-丙基碘化咪唑鎓的實施例1和作為溶劑使用3-甲氧基丙腈的實施例2，比作為溶劑使用聚乙二醇的實施例4能夠經(jīng)過長時間還維持轉(zhuǎn)換效率。
在實施例1和實施例5中還進(jìn)行了電解液漏液試驗。電解液漏液試驗，制成光電轉(zhuǎn)換元件后，使用鉆頭設(shè)置連接電解質(zhì)層和外部的直徑1mm的孔，目視確認(rèn)從該孔是否有電解質(zhì)的漏液。在電解質(zhì)層中不含高分子化合物基質(zhì)的實施例1中可以確認(rèn)有漏液，但在電解質(zhì)層中形成偏氟乙烯系聚合物的基質(zhì)的實施例5中，未能確認(rèn)有漏液。
產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用可能性如以上所說明，按照本發(fā)明，能夠提供連續(xù)長期維持高的轉(zhuǎn)換效率的光電轉(zhuǎn)換元件。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1.(修改后)一種光電轉(zhuǎn)換元件，其是包含具有已擔(dān)載敏化色料的半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體電極、與上述半導(dǎo)體電極對峙的對電極、配置在上述半導(dǎo)體電極和上述對電極之間的電解質(zhì)層的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，上述電解質(zhì)層含有N-甲基苯并咪唑、大于或等于0.06mol/dm3小于或等于6mol/dm3濃度的碘(I3-)、和從室溫熔融鹽及沸點(diǎn)高于或等于100℃的腈系溶劑中選擇的任一種。
2.(修改后)根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，上述N-甲基苯并咪唑在電解質(zhì)層中的濃度是大于或等于5×10-4mol/dm3、小于或等于2mol/dm3。
3.(修改后)根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，上述熔融鹽是1-甲基-3-丙基碘化咪唑鎓。
4.(修改后)根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，上述腈系溶劑是3-甲氧基丙腈。
5.(修改后)一種光電轉(zhuǎn)換元件，其是包含具有已擔(dān)載敏化色料的半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體電極、與上述半導(dǎo)體電極對峙的對電極、配置在上述半導(dǎo)體電極和上述對電極之間的電解質(zhì)層的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，上述電解質(zhì)層含有高分子化合物為基質(zhì)，而且含有N-甲基苯并咪唑。
6.(修改后)根據(jù)權(quán)利要求5所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，上述高分子化合物是偏氟乙烯系聚合物。
7.(修改后)根據(jù)權(quán)利要求5所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，上述電解質(zhì)層含有大于或等于0.06mol/dm3、小于或等于6mol/dm3濃度的碘(I3-)。
8.(修改后)根據(jù)權(quán)利要求5所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，上述N-甲基苯并咪唑在電解質(zhì)層中的濃度是大于或等于5×10-4mol/dm3、小于或等于2mol/dm3。
9.(修改后)根據(jù)權(quán)利要求5所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，上述電解質(zhì)層還含有室溫熔融鹽。
10.(修改后)根據(jù)權(quán)利要求9所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，上述室溫熔融鹽是1-甲基-3-丙基碘化咪唑鎓。
11.(修改后)根據(jù)權(quán)利要求5所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，上述電解質(zhì)層還含有沸點(diǎn)高于或等于100℃的腈系溶劑。
12.(修改后)根據(jù)權(quán)利要求11所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，上述腈系溶劑是3-甲氧基丙腈。
權(quán)利要求
1.一種光電轉(zhuǎn)換元件，其是包含具備已擔(dān)載敏化色料的半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體電極、與上述半導(dǎo)體電極對峙的對電極、配置在上述半導(dǎo)體電極和上述對電極之間的電解質(zhì)層的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，上述電解質(zhì)層含有在分子內(nèi)含具有非共有電子對的氮原子的化合物和大于或等于0.06mol/dm3、小于或等于6mol/dm3濃度的碘(I3-)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，在分子內(nèi)含有具有上述非共有電子對的氮原子的化合物在電解質(zhì)層中的濃度是大于或等于5×10-4mol/dm3、小于或等于2mol/dm3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，在分子內(nèi)含有具有上述非共有電子對的氮原子的化合物是以下述化學(xué)式1表示的化合物化學(xué)式1 式中，R1和R2分別是從烷基、烷氧基、鏈烯基、炔基、烷氧基烷基、聚醚基和苯基組成的組中選擇的任一種取代基(但是，任一個取代基碳原子數(shù)都是1～20的范圍，可以是直鏈狀，也可以是支鏈狀，氫的一部分或者全部也可以用其他的元素取代)或者是氫，可以相互不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，上述電解質(zhì)層含有室溫熔融鹽。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，上述室溫熔融鹽是1-甲基-3-丙基碘化咪唑鎓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，上述電解質(zhì)層含有沸點(diǎn)高于或等于100℃的腈系溶劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，上述腈系溶劑是3-甲氧基丙腈。
8.一種光電轉(zhuǎn)換元件，其是包含具備已擔(dān)載敏化色料的半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體電極、與上述半導(dǎo)體電極對峙的對電極、配置在上述半導(dǎo)體電極和上述對電極之間的電解質(zhì)層的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，上述電解質(zhì)層含有高分子化合物為基質(zhì)，而且含有在分子內(nèi)含具有非共有電子對的氮原子的化合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，上述高分子化合物是偏氟乙烯系聚合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，上述電解質(zhì)層含有大于或等于0.06mol/dm3、小于或等于6mol/dm3濃度的碘(I3-)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，在分子內(nèi)含具有上述非共有電子對的氮原子的化合物在電解質(zhì)層中的濃度是大于或等于5×10-4mol/dm3、小于或等于2mol/dm3。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，在分子內(nèi)含具有上述非共有電子對的氮原子的化合物是以下述化學(xué)式2表示的化合物化學(xué)式2 式中，R1和R2分別是從烷基、烷氧基、鏈烯基、炔基、烷氧基烷基、聚醚基和苯基組成的組中選擇的任一種取代基(但是，任一個取代基碳原子數(shù)都是1～20的范圍，可以是直鏈狀，也可以是支鏈狀，氫的一部分或者全部也可以用其他的元素取代)或者是氫，可以相互不同。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，上述電解質(zhì)層含有室溫熔融鹽。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，上述熔融鹽是1-甲基-3-丙基碘化咪唑鎓。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，上述電解質(zhì)層含有沸點(diǎn)高于或等于100℃的腈系溶劑。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，上述腈系溶劑是3-甲氧基丙腈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光電轉(zhuǎn)換元件，其是包含具備已擔(dān)載敏化色料的半導(dǎo)體層(7)的半導(dǎo)體電極(15)、與半導(dǎo)體電極(15)對峙的對電極(9)、配置在半導(dǎo)體電極(15)和對電極(9)之間的電解質(zhì)層(13)的光電轉(zhuǎn)換元件，通過形成電解質(zhì)層(13)含有在分子內(nèi)含具有非共有電子對的氮原子的化合物、0.06mol/dm
文檔編號H01M14/00GK1596484SQ03801649
公開日2005年3月16日 申請日期2003年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月20日
發(fā)明者關(guān)口隆史, 米切爾·格雷斯, 沙伊克·莫哈邁德·查克魯丁, 萬雄彥, 宮田照久, 王鵬 申請人:日立麥克賽爾株式會社, 瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院洛桑分院